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高铝钢保护渣结晶性能及渣膜传热的研究

作　者: 王欢
导　师: 唐萍
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 高铝钢结晶器保护渣结晶性能渣膜传热
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

Al-TRIP钢、无磁钢、电工钢等高铝钢中Al含量一般超过0.5%,在浇铸过程中活泼元素Al易与保护渣中的SiO₂发生反应。研究表明,高铝钢浇铸前10分钟里氧化还原反应导致保护渣中SiO₂含量减小、Al₂O₃含量快速增加,同时碱度[w（CaO）/w（SiO₂）]急剧增大,引起保护渣的粘度、熔点、结晶性能和热流等各种理化性质显著改变,铸坯表面质量不能保证。同时由于碱度显著增大,保护渣析晶温度升高,临界冷却速度增大,晶体孕育时间缩短,导致浇铸过程中渣圈发展严重,影响浇铸的顺行。为克服高铝钢浇铸过程碱度急剧增加带来的问题,国内外广泛采用低碱度保护渣浇铸高铝钢,使浇铸10分种后变性的保护渣具有适应连铸工艺的理化性质。但低碱度保护渣在开始浇铸时传热过快,致使前两块铸坯出现表面纵裂纹。因此本文采用热丝法、渣膜热流模拟仪和扫描电镜,模拟研究了高铝钢浇铸过程中（[w（Al₂O₃）/w（SiO₂）]不断增大）Li₂O、B₂O₃等熔剂对最大热流、平均热流、渣膜厚度和结构的影响,以获得合适的熔剂种类、含量范围来保证整个浇铸过程中能获得稳定的热流,以及渣膜合适的结晶性能（控制渣条）。结果表明Li₂O和B₂O₃都起到一定的稳定热流的作用,且Li₂O+B₂O₃的组合不但能稳定氧化还原反应过程中保护渣的热流、熔点和粘度,而且可以使氧化还原反应完毕后保护渣具有合适的热流、熔点、粘度和结晶性能,从而得出了满足高铝钢浇铸的低碱度保护渣的熔剂种类和控制范围。为防止浇铸过程中钢中Al与保护渣中SiO₂反应产生的一系列问题,本研究通过热力学计算和真空感应炉内钢-渣界面反应实验,得出了避免钢渣间氧化还原反应非反应性保护渣的临界SiO₂含量。通过热丝法、渣膜热流模拟仪、扫描电子显微镜等实验手段,重点研究了Li₂O、B₂O₃、Na₂O、F-、MgO等熔剂对非反应性保护渣结晶性能和渣膜传热能力的影响规律。结果表明:增加Li₂O（2-5%）和F-在非反应性保护渣中的含量,可缩短晶体析出的孕育时间、增大临界冷却速度;而增加Li2O（0-2%）、Na2O、B2O3、MgO及BaO（替代CaO）的含量可延长孕育时间、减小临界冷却速度。增加Na2O、B2O3、MgO、F-、BaO（替代CaO）和SrO都会减小非反应性保护渣的渣膜厚度,并增大平均热流和最大热流;而增加Li₂O（2-5%）含量,则渣系最大热流密度、平均热流密度、渣膜厚度均减小。利用优化的CaO-SiO₂渣系低碱度保护渣和设计的非反应性保护渣在太钢进行了20Mn23AlV无磁钢连铸工业性生产试验。试验表明,优化的低碱度保护渣能满足20Mn23AlV无磁钢的浇铸,浇铸过程中渣条得到很好控制,铸坯表面质量良好,轧材合格率达到100%;设计的非反应性保护渣用以浇铸20Mn23AlV无磁钢的过程中变性小,渣条正常,由于熔化不好,液渣层薄,渣耗量低,铸坯表面存在凹陷和夹渣现象,由此提出,为使非反应性保护渣能够满足连铸过程的需要,控制该渣系的熔化性能是该类保护渣进一步研究的方向。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-33
  1.1 结晶器保护渣概述  9-13
    1.1.1 国内外保护渣的发展概况  9-10
    1.1.2 连铸结晶器保护渣的构成  10-11
    1.1.3 连铸结晶器保护渣的冶金功能  11-12
    1.1.4 连铸结晶器保护渣对连铸坯表面质量的影响  12-13
  1.2 结晶器保护渣结晶性能的研究现状  13-19
    1.2.1 保护渣结晶性能的测试方法  14-17
    1.2.2 保护渣各成分对其结晶性能的影响  17-19
  1.3 结晶器保护渣渣膜传热特性的研究现状  19-23
    1.3.1 保护渣渣膜传热的测试方法及评价  19-21
    1.3.2 保护渣渣膜传热的研究现状  21
    1.3.3 保护渣渣膜结构对传热的影响  21-23
  1.4 高铝钢结晶器保护渣的研究现状  23-29
  1.5 课题研究的目的、意义与主要内容  29-33
2 高铝钢保护渣结晶性能及渣膜传热的研究方案  33-49
  2.1 保护渣的成分设计  33-44
    2.1.1 高铝钢低碱度保护渣的设计  33-35
    2.1.2 高铝钢非反应性保护渣的设计  35-44
  2.2 实验方法  44-49
    2.2.1 结晶特性测试实验方法  44-45
    2.2.2 热流及渣膜结构测试实验方法  45-49
3 高铝钢低碱度保护渣渣膜传热特性的模拟研究  49-57
  3.1 随着w(A1_2O_3)/w(SiO_2)增加低碱度保护渣渣膜传热特性的研究  49-55
  3.2 w(A1_2O_3)=30%时低碱度保护渣传热特性的评价  55-56
  3.3 本章小结  56-57
4 高铝钢非反应性保护渣结晶性能和渣膜传热特性的研究  57-91
  4.1 高铝钢非反应性保护渣结晶特性的研究  57-72
    4.1.1 Li_2O 对高铝钢非反应性保护渣结晶特性的影响  57-60
    4.1.2 B_2O_3 对高铝钢非反应性保护渣结晶特性的影响  60-62
    4.1.3 Na_2O 对高铝钢非反应性保护渣结晶特性的影响  62-64
    4.1.4 F-对高铝钢非反应性保护渣结晶特性的影响  64-66
    4.1.5 MgO 对高铝钢非反应性保护渣结晶特性的影响  66-69
    4.1.6 BaO 替代CaO 对高铝钢非反应性保护渣结晶特性的影响  69-70
    4.1.7 非反应性保护渣结晶性能的评价  70-72
  4.2 高铝钢非反应性保护渣热流及渣膜结构的研究  72-88
    4.2.1 Li_2O 对高铝钢非反应性保护渣热流及渣膜结构的影响  72-74
    4.2.2 B_2O_3 对高铝钢非反应性保护渣热流及渣膜结构的影响  74-76
    4.2.3 Na_2O 对高铝钢非反应性保护渣热流及渣膜结构的影响  76-78
    4.2.4 F-对高铝钢非反应性保护渣热流及渣膜结构的影响  78-80
    4.2.5 MgO 对高铝钢非反应性保护渣热流及渣膜结构的影响  80-82
    4.2.6 BaO 替代CaO 对高铝钢非反应性保护渣热流及渣膜结构的影响  82-84
    4.2.7 SrO 对高铝钢非反应性保护渣热流及渣膜结构的影响  84-86
    4.2.8 非反应性保护渣渣膜热流和渣膜厚度的评价  86-88
  4.3 本章小结  88-91
5 高铝钢保护渣的现场应用  91-99
  5.1 太钢无磁钢的特点及其对保护渣的要求  91-94
    5.1.1 无磁钢的成分、特点及浇铸条件  91-92
    5.1.2 太钢20Mn23Al 无磁钢浇铸中存在的问题  92-93
    5.1.3 无磁钢浇铸对保护渣的要求  93-94
  5.2 低碱度保护渣在太钢的应用  94-97
    5.2.1 保护渣的成分和基本性质  94
    5.2.2 工业性实验结果及分析  94-97
  5.3 非反应性保护渣在太钢的应用  97-98
    5.3.1 保护渣的成分和基本性质  97
    5.3.2 工业性实验结果及分析  97-98
  5.4 本章小结  98-99
6 结论  99-101
致谢  101-103
参考文献  103-109
附录  109
  作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  109

高铝钢保护渣结晶性能及渣膜传热的研究

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